Prueban la eficacia de la epidemiología basada en aguas residuales

La epidemiología basada en aguas residuales ha demostrado ser una herramienta extremadamente útil para la vigilancia del crecimiento de la pandemia durante la COVID-19. Sin embargo, se han establecido pocos modelos cuantitativos que comparen las concentraciones de virus en las muestras de aguas residuales y la incidencia acumulada.

Desde el año 2000, se han producido varias epidemias causadas por virus en todo el mundo, como el H1N1, el ébola, el zika, el síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS) y el síndrome respiratorio agudo severo (SARS).

Las estrategias tradicionales para la vigilancia de la enfermedad incluyen análisis diagnósticos, muestras clínicas, encuestas de cuestionarios, censos nacionales y literatura previa, entre otros. Sin embargo, estas metodologías pueden requerir mano de obra considerable y un alto costo, y consumen mucho tiempo. Además, los resultados reportados no están disponibles en tiempo real, y carecen de la capacidad de predecir ubicaciones y momentos críticos para el inicio de la enfermedad. Por lo tanto, se necesitan estrategias que permitan la alerta temprana dentro de la vigilancia epidemiológica.

En este escenario, la epidemiología basada en aguas residuales (WBE) ha surgido como una estrategia potencial para la vigilancia epidemiológica, proporcionando un análisis objetivo y completo, así como un monitoreo en tiempo real del estado de salud de una población determinada.

El enfoque WBE se basa en el hecho de que las aguas residuales contienen una amplia gama de compuestos químicos y biológicos derivados de la actividad humana. Además, algunos virus pueden estar presentes en los excrementos de las personas infectadas y terminar en las aguas residuales; por lo tanto, el muestreo de aguas residuales podría ser representativo del muestreo de orina y heces basado en la comunidad.

Los virus no se replican fuera de la célula huésped, y los niveles virales presentes en las aguas residuales teóricamente estarían relacionados con las concentraciones excretadas por la población correspondiente. Sin embargo, se debe considerar la complejidad de la matriz de aguas residuales, ya que puede afectar la concentración de partículas del virus (debido a los efectos de dilución) o la integridad (debido a la aparición de detergentes).

El monitoreo de aguas residuales para la vigilancia de brotes de virus se utilizó inicialmente para rastrear epidemias de poliomielitis en las décadas de 1950 y 1960. Posteriormente, varios estudios demostraron la aparición de diferentes virus en los excrementos de personas infectadas y en aguas residuales, incluyendo adenovirus, enterovirus, astrovirus, virus de hepatitis A y E, norovirus, rotavirus y coronavirus, entre otros.

Con estos antecedentes y bajo el título “Evaluación de la epidemiología basada en las aguas residuales para la predicción de la incidencia del SARS-CoV-2 en Cataluña”, entidades del mundo académico y de la investigación han publicado recientemente un artículo científico presentado en la colección dedicada al COVID-19 de Scientific Reports, revista científica de Nature, que estudia la relación de concentración de virus SARS-CoV-2 en aguas residuales y la incidencia acumulada para olas de contagio completas durante la pandemia a través de un modelo matemático.

Establecer una relación numérica permite conocer, mediante una muestra de agua de drenaje y su análisis, cuál es el número de personas infectadas en un territorio definido y establecido.

El modelo matemático desarrollado permite relacionar la concentración de virus en la entrada de una depuradora con la incidencia acumulada reportada en los hospitales del territorio correspondiente a lo largo de una ola de contagios. El mismo modelo se ha utilizado para realizar previsiones a corto plazo a medida que la ola de contagios avanza y se ha comparado con un modelo lineal local.

Ambos escenarios se han probado utilizando un conjunto de datos compuesto por muestras de 32 plantas de tratamiento de aguas residuales y datos de incidencia del síndrome respiratorio agudo severo 2 (SARS-CoV-2) que cubrían las áreas geográficas correspondientes durante un periodo de 7 meses, incluyendo dos olas de contagio.

“El modelo matemático basado en los datos de las aguas residuales ha mostrado una buena correlación con los casos acumulados y nos ha permitido anticipar la incidencia del SARS-CoV-2 en una semana, lo cual es de especial relevancia en situaciones en las que el sistema de vigilancia epidemiológica no puede aplicarse plenamente”, según señala Bernat Joseph Duran, project manager del área digital en Cetaqua.

“Hemos demostrado que efectivamente a partir del análisis de las aguas residuales se puede realizar vigilancia epidemiológica cuantitativa, una propuesta viable y de interés.

«El trabajo de colaboración con Cetaqua ha sido un privilegio para nosotros, en investigación la colaboración público-privada es imprescindible», destaca Clara Prats, grupo de investigación en Biología Computacional y Sistemas Complejos (BIOCOM-UPC).

En el estudio han participado Clara Prats, Daniel López-Codina, Enric Álvarez-Lacalle y Sergio Alonso, investigadores del grupo de investigación de Biología Computacional y Sistemas Complejos (BIOCOMSC) de la Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC); Martí Català, del Departamento de Ortopedia, Reumatología y Ciencias Musculoesqueléticas de Nuffield, de la Universidad de Oxford, en el Reino Unido, y Bernat Joseph Duran, Albert Serra Compte, Miquel Sàrrias, Susana González y Marina Arnaldos de Cetaqua, el Centro Tecnológico del Agua.

Una colaboración que ha resultado especialmente útil por la experiencia sobre epidemiologia matemática de la UPC y el conocimiento y expertise en la gestión del ciclo integral del agua y la persistencia del virus en la red de alcantarillado de Cetaqua.

El estudio se ha realizado con los datos aportados por el Institut Català de Recerca de l’Aigua (ICRA) y la Generalitat de Catalunya.